一种基于l型推杆的无人机位置锁定与自动充电装置
技术领域
1.本发明涉及海上无人机着艇回收固定技术领域，尤其是涉及一种基于l型推杆的无人机位置锁定与自动充电装置。


背景技术：

2.现有的海上无人机回收固定的方法包括跑道回收法、伞降回收法、钩锁回收法、撞网回收法、推杆回收法等，这些方法大多适用于陆地静止平台的无人机回收，而对于环境更复杂的海上着艇平台，很多现有方法并不太适合。
3.现有的海上无人机回收方法中伞降回收法误差和风险较大，不适用于精度要求高的着艇回收；撞网回收法主要针对固定翼无人机设计，且在回收过程中对无人机其他部位的损害较大；现有的推杆回收法为两推杆法，即利用两根带有齿状结构的直推杆夹持固定无人机，该方法对无人机的降落精度要求极高，而海上无人机的识别和自动降落精度并不能达到如此之高。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于l型推杆的无人机位置锁定与自动充电装置，本发明针对以上现有方法，分析借鉴优点，改进不足之处，基于推杆回收法设计了一种新的回收固定装置，既保证了回收过程中可充分包容无人机降落的误差，又可在海上复杂的环境下保证无人机的平稳和安全。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种基于l型推杆的无人机位置锁定与自动充电装置，该装置包括：
7.停机平台：设置在舰艇上，呈方形，用以承载和锁定无人机并实现充电；
8.推杆组件：包括四个分别安装在停机平台四角处且方向指向停机平台预设停机区域的导套以及分别与导套配合且在竖直方向上的不同高度位置处的推杆，每个推杆均由插入导套内在驱动下作伸缩运动的尾部导杆以及与尾部导杆一体成型的l型头部组成，在对无人机夹紧锁定后，四个推杆的l型头部在竖直方向呈交叉状态；
9.充电组件：包括设置在停机平台上的充电电路以及与充电电路连接的充电接口；
10.控制单元：分别与充电组件和推杆组件连接，用以显示无人机的锁定和充电动作。
11.所述的无人机底部起落架分别设有四个竖直设置的撑杆，并且四个撑杆的顶点连线形成的矩形与预设停机区域形状相同。
12.在竖直方向上的不同高度位置处推杆由低到高依次为第一推杆、第三推杆、第二推杆和第四推杆，所述的第一推杆、第二推杆、第三推杆和第四推杆对应停机平台的四角沿顺时针方向依次设置。
13.每个推杆的l型头部均由两个垂直的边杆组成，且两个边杆内端分别与尾部导杆外端连接。
14.所述的两个垂直的边杆长度分别等于停机平台长边和短边长度的一半。
15.所述的停机平台上设有压力传感器，用以通过设定的压力阈值范围判断是否为无人机降落。
16.所述的停机平台上，在停机平台的边缘位置，即推杆收回的初始位置处设有第一限位开关，并且在预设停机区域边缘位置处，即最大推出夹紧位置处设有第二限位开关。
17.每个推杆均通过对应的推杆驱动单元驱动进行伸缩运动，该推杆驱动单元由驱动电机和传动件组成。
18.所述的充电接口分别设置在推杆的l型头部和起落架的撑杆上，且充电接口通过带有磁吸辅助的机械卡扣进行卡接充电。
19.本装置的具体工作原理为：
20.无人机降落在停机平台上后，当通过压力传感器判断其是无人机后，控制单元向驱动电机发送启动信号，驱动电机正转带动四个推杆同时向外伸出，推动无人机向预设停机区域移动，当无人机被推杆推到预设停机区域内时，不同高度位置的推杆呈交叉状进而夹紧锁定无人机起落架，并且推杆和起落架上的充电接口物理对接，此时推杆位置触发第二限位开关，控制单元向驱动电机发送停止信号同时使充电电路的继电器开关闭合，充电电路通过充电接口向无人机充电；
21.当无人机要起飞时，控制单元断开充电电路的继电器开关，停止充电，并且向驱动电机发送启动信号，驱动电机反转带动四个推杆同时向内缩回，当推杆位置触发第一限位开关时，控制单元向驱动电机发送停止信号完成推杆位置的复位。
22.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
23.一、本发明在位置锁定方案中加入了压力传感器，用于检测无人机降落与否，根据无人机质量设置合适的压力阈值区间，当无人机降落后触发信号驱动电机，实现了不需人工操作的自动执行，且设置合适的压力阈值可在一定程度上防止其他物体落到停机平台上而误触位置锁定装置。
24.二、本发明采用四根l型推杆，从推杆数量、形状以及长度的设计上充分考虑了海上无人机停机环境的复杂性与无人机降落误差，保证该方案的实用性和稳定性，本装置的推杆设计为l型，当任意一根推杆首先与无人机接触并推动时，可快速矫正无人机微小的旋转角度误差，使无人机起落架的一根撑杆在l型推杆的顶角处，与该撑杆在相邻边上的两根撑杆分别在l型推杆的两条边上，即最大程度保证了无人机起落架与推杆的接触，在推动过程中保证了无人机滑动的平稳性，在海面摇摆较大的情况下能够快速推动无人机至设定位置。
25.三、本装置在回收与固定过程中对无人机的损坏小，推杆与无人机接触部分为起落架，对无人机其他部位无影响，与已有的两推杆固定法不同的是，本装置利用了四根推杆，推杆原始位置在平台的边角处，推杆两条边的长度分别等于矩形平台相邻两条边的长度的一半，如此设计的目的在于无论无人机降落在平台上任何位置，都可通过推杆将其推到设定位置固定，体现了该设计方案的全面性、稳固性和适用性，同时四根推杆对无人机底座的全包围结构在位置锁定后可做到抗风抗摇摆，为无人机安全充电提供条件。
26.四、本发明基于stm32设计了自动的位置锁定和充电系统，装置自动化程度高，通过编程可实现完全自动化运行，不需要专门的人员操作。
附图说明
27.图1为无人机准备降落的过程示意图。
28.图2为无人机降落至回收平台的过程示意图。
29.图3为回收平台推杆开始工作的过程示意图。
30.图4为完成对无人机回收工作的过程示意图。
31.图5为四根推杆初始位置示意图。
32.图6为固定后推杆夹持无人机的效果示意图。
33.图7为整个控制过程框图。
34.图中标记说明：
35.1、第一推杆，2、第二推杆，3、第三推杆，4、第四推杆，5、停机平台，6、导套，7、无人机，8、起落架。
具体实施方式
36.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
37.实施例
38.如图1
‑
6所示，本发明提供一种海上无人机回收固定和自动充电装置，包括停机平台、高低位置不同的四根l型推杆、推杆驱动单元以及充电组件；四根l型推杆的初始位置分别位于海上着艇停机平台的四角处，l型推杆的两边与平台的边缘相重合，l型推杆的顶点与停机平台的顶点相重合；充电组件为可自动连接的充电接口和充断电电路。
39.四根l型推杆的顶角处分别与对应驱动电机的转子传动部分(例如螺杆、丝杆或伞形齿轮等传动件)相连，驱动电机的底座固定安装在固定于平台四角的导套上，电机为直流24v电机，在电机驱动下四根推杆完成闭合运动，推动无人机到达设定的位置。
40.l型推杆的两条边长度分别等于停机平台的相邻两边的长度的一半，如此设计的目的在于考虑到包揽无人机降落在平台上的所有可能误差，无论无人机降落在停机平台的任意位置均可达到回收的位置要求。
41.四根l型推杆在竖向的高低位置不同，第一推杆位置最低，与第一推杆处于对角位置的第三推杆处于次低位，与第一推杆相邻的第二推杆处于次高位，与第二推杆处于对对角位置的第四推杆为最高位。
42.当四根l型推杆将无人机固定到预设位置时，以无人机四根竖直的起落架为顶点构成的无人机起落架的四个侧面均有两根杆在夹持固定，第一侧面由第一推杆的一条边和第四推杆的一条边固定，第二侧面由第一推杆的另一条边和第二推杆的一条边固定，第三侧面由第二推杆的另一条边与第三推杆的一条边固定，第四侧面由第三推杆的另一条边与第四推杆的另一条边固定。
43.当四根l型推杆将无人机固定在预设位置时，无人机起落架的四根撑杆分别位于四根l型推杆的顶角处，同时位于两根l型推杆两边的闭合处，达到全方位固定无人机的效果，充分考虑了海面上较大的风浪摇摆等不平稳因素，以此加强对无人机固定的稳定效果。
44.当推杆将无人机位置锁定之后，位于推杆和无人机起落架上的充电接口自动连接，为无人机充电。
45.充电接口的具体连接方式采用带有磁吸辅助的机械卡扣自动闭合方式，机械卡扣
具体采用公端接头配合母端接口的插接方式实现扣合，磁吸辅助则通过控制单元控制的电磁继电开关实现吸合与松开，本例中还在充电电路加入漏电保护装置，保护无人机充电过程的安全性。
46.停机平台上设有压力传感器，该压力传感器用于检测无人机是否降落，若检测到无人机已降落与平台上，则传输信号给控制单元，控制电机驱动推杆运动。
47.推杆运动到设定位置后触发位于停机平台上的限位开关，限位开关发出信号，控制单元控制电机停止转动，无人机位置锁定；同时控制充电电路继电器开关闭合，无人机开始充电。
48.无人机要起飞时将信号传给控制单元，控制充电电路继电器开关断开，结束充电，同时控制电机反转，收回推杆，无人机起飞。
49.推杆收回时在推杆初始位置装有限位开关，推杆被回收到起始位置时触发限位开关，使驱动电机停止，推杆复位，等待无人机下一次降落。
50.如图7所示，本例中，依据无人机的降落着艇固定要求设计安装推杆、固定机械臂和直流电机，设计控制电路，依据电路原图完成电路板搭建，对主控stm32进行初始化，平台上安装压力传感器根据无人机重量设置阈值用来传输无人机降落的信号，将信号以电平的形式传输给主控stm32，通过网络端口的编程实现对压力信号的处理和传输给电机驱动控制电路，设计合理的直流电机驱动控制电路，当相应接口接收到stm32传来的电平信号时，通过控制电机两端的电压控制电机的状态。电机转子端连接推杆，推杆起始位置和终点位置均装有限位开关，在推杆推动无人机和回收过程中均通过触发限位开关的方式传给主控推杆已到位的信号，主控再控制驱动电机的状态，无人机位置锁定后再给出一个信号闭合充电电路继电器开关，开始自动充电，当无人机起飞时给出一个信号，对上述流程逆向执行一遍，推杆复位，完成一次固定和充电任务。